JP2007014192A - Rotary electric device having loss reduction means - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転式電気装置に関し、特に、損失低減手段を有する自動車のオルタネータに関する。 The present invention relates to a rotary electric device, and more particularly to an automobile alternator having loss reduction means.
より詳しく言うと、本発明は、回転式電気装置、特に、ロータ及びステータを有する自動車のオルタネータに関する。ステータは、ケーシングと、フィールド巻き線及びアーマチャ巻線用の複数の凹入部と、隣接する凹入部を分離する突片とを有している。 More particularly, the present invention relates to a rotating electrical apparatus, and more particularly to an automobile alternator having a rotor and a stator. The stator includes a casing, a plurality of recessed portions for field windings and armature windings, and a projecting piece that separates adjacent recessed portions.
各突片は、突片をステータのケーシングに連結するベースと、ロータと対向する端面とを備えている。少なくとも１つの突片の端面には、前記凹入部を区切る突片の両端にある縁間の中央において、所定の角度位置とされた少なくとも１つのスロットを備えている。 Each protrusion has a base that connects the protrusion to the casing of the stator, and an end face that faces the rotor. The end face of at least one projecting piece is provided with at least one slot at a predetermined angular position in the center between edges on both ends of the projecting piece that delimits the recessed portion.
スロットは、孔となっており、回転式電気装置の回転軸と直交する径方向の深さは、回転式電気装置の回転軸及び前記径方向と直交する円周方向におけるスロットの幅よりも大である。 The slot is a hole, and the radial depth perpendicular to the rotation axis of the rotary electric device is larger than the rotation axis of the rotary electric device and the width of the slot in the circumferential direction perpendicular to the radial direction. It is.
フランス国特許公開第2,784,518号公報には、上述した種類の回転式電気装置が記載されている。この回転式電気装置において、ステータは、磁気ノイズを低減する分割突片を備えている。この公報において、ステータの突片に形成されたスロットの径方向の深さは、突片の端面とベースとの間の距離、すなわち高さの最大値とほぼ等しくなっている。 French Patent Publication No. 2,784,518 describes a rotary electric device of the type described above. In this rotary electric device, the stator includes divided projecting pieces that reduce magnetic noise. In this publication, the radial depth of the slot formed in the projecting piece of the stator is substantially equal to the distance between the end face of the projecting piece and the base, that is, the maximum value of the height.
このような回転式電気装置において、ロータが回転すると、ステータにより、すなわち、ロータの回転により、磁束が発生する。この磁束により、ステータの突片に渦電流が発生する。抵抗損（鉄心損失）を生じる電流密度及びステータの磁気材料熱は、部材を流れる電流路の抵抗と反比例する。そのため、部材にスロットを形成すると、電流はスロットの周りを流れ、電流ループが長くなり、電流路の抵抗が増す。そのため、渦電流損失は、スロットにより低減される。
しかし、スロットが形成されて、突片の断面が小さくなるので、オルタネータにより供給される電流は小さくなる。これは、磁束を生じる面が小さくなったためであり、それにより磁束が減少し、電流も小さくなる。 However, since the slot is formed and the cross section of the protrusion is reduced, the current supplied by the alternator is reduced. This is because the surface on which the magnetic flux is generated is reduced, thereby reducing the magnetic flux and reducing the current.
本発明の目的は、上述した欠点を解消することにある。 The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks.
本発明による回転式電気装置は、ロータ及びステータを備え、ステータは、ケーシングと、アーマチャ巻線を収容する複数の凹入部と、隣接する凹入部を分離する突片とを備え、各突片は、突片をステータのケーシングに連結するベースと、ロータと対向する端面とを備え、少なくとも１つの突片の端面に、凹入部を区切る突片の両端にある縁間の中央に、所定の角度で形成された少なくとも１つの空洞部を設け、空洞部により、電流路が長くなって、渦電流損失が低減するようになっている。 A rotary electric device according to the present invention includes a rotor and a stator, and the stator includes a casing, a plurality of recessed portions that accommodate the armature windings, and projecting pieces that separate adjacent recessed portions. And a base that connects the projecting piece to the casing of the stator, and an end face that faces the rotor. The at least one cavity portion formed in (1) is provided so that the current path becomes longer and the eddy current loss is reduced by the cavity portion.
より詳しく言うと、空洞部は、端面からベースまでの突片の高さの半分に対応する最大値以下の深さで、径方向に延びる少なくとも１つの孔を備えている。 More specifically, the cavity includes at least one hole extending in the radial direction at a depth equal to or less than a maximum value corresponding to half the height of the protruding piece from the end surface to the base.
このような特徴により、分割突片を有しない回転式電気装置と比べて、渦電流損が低減する。 Due to such a feature, eddy current loss is reduced as compared with a rotary electric device that does not have a divided protrusion.
また、このような特徴により、突片の断面が過度に小とならずに、フランス国特許公開第2,784,518号公報に記載されている分割突片を有する回転式電気装置と比べて、電流量が過度に小とならない。 Further, due to such a feature, the amount of current is smaller than that of the rotary electric device having the divided protrusion described in French Patent Publication No. 2,784,518 without excessively reducing the cross section of the protrusion. Don't get too small.
本発明による非限定的な実施例において、本発明は、次に示す特徴の１つ、それらの組み合わせ、または全てを有している。
−空洞部の深さの最大値は、突片の高さの２５％〜３５％である。
−空洞部の深さの最大値は、突片の高さのほぼ１／３である。
−ステータの全ての突片は、少なくとも１つの空洞部を備えている。
−端面における空洞部の幅は、前記端面の幅の１％〜５０％であり、空洞部及び端面の幅は、装置の回転軸及び径方向と直交する円周方向におけるものである。
−前記少なくとも１つの空洞部は、突片の端面に開口するスロットであり、装置の回転軸と直交する面において、スロットの底部の断面は、丸みを帯びている。
−スロットは、突片のベースから端面へ向かって広がっているおおむね台形状となっており、装置の回転軸と直交する面において、スロットの断面は、少なくとも１８０°の円弧をなしている。
−少なくとも１つの突片は、端面に複数のスロットを有し、そのうちの少なくとも１つのスロットの深さは、前記最大値よりも小である。
−突片における少なくとも１つのスロットは、他のスロットとは異なる深さを有している。
−前記他のスロットの深さは、前記最大値よりも大である。
−少なくとも１つの突片は、装置の回転軸、及び前記中央スロットの径方向と直交する円周方向において、所定の深さの中央スロットと、前記中央スロットの両側に形成された２つの側方スロットとを有している。
In non-limiting embodiments according to the present invention, the present invention has one of the following features, combinations thereof or all.
-The maximum value of the depth of the cavity is 25% to 35% of the height of the protrusion.
-The maximum depth of the cavity is approximately 1/3 of the height of the protrusion.
-All the projecting pieces of the stator are provided with at least one cavity.
The width of the cavity at the end face is 1% to 50% of the width of the end face, and the width of the cavity and the end face is in the circumferential direction perpendicular to the rotation axis and radial direction of the device.
The at least one cavity is a slot that opens into the end face of the projecting piece, and the cross section of the bottom of the slot is rounded in a plane perpendicular to the axis of rotation of the device;
The slot has a generally trapezoidal shape extending from the base of the projecting piece toward the end surface, and the cross section of the slot forms an arc of at least 180 ° in a plane perpendicular to the rotation axis of the device.
The at least one protrusion has a plurality of slots on the end face, and the depth of at least one of the slots is smaller than the maximum value;
At least one slot in the protrusion has a different depth than the other slots;
The depth of the other slot is greater than the maximum value;
The at least one protrusion has a central slot of a predetermined depth and two lateral sides formed on both sides of the central slot in a circumferential direction perpendicular to the rotational axis of the device and the radial direction of the central slot; And a slot.
本発明の他の特徴及び利点は、図面を用いて行う非限定的な種々の実施例から明らかになると思う。 Other features and advantages of the present invention will become apparent from the various non-limiting examples that are given with reference to the drawings.
図１は、空洞部であるスロット（２）をそれぞれ有する複数の突片（１）とケーシング（５）とを有するオルタネータのような回転式電気装置のステータの部分断面図である。隣接する各突片（１）の間には、例えば、銅製のアーマチャ巻線（８）が収容された凹入部（７）が形成されている。回転式電気装置の種類に基づいて、巻線（８）は、フィールド巻線の場合もある。 FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a stator of a rotary electric device such as an alternator having a plurality of projecting pieces (1) each having a slot (2) that is a hollow portion and a casing (5). Between each adjacent projecting piece (1), for example, a recessed portion (7) in which a copper armature winding (8) is accommodated is formed. Depending on the type of rotary electrical device, the winding (8) may be a field winding.
図２に示すように、突片（１）は、端面（３）を有している。端面（３）は、回転式電気装置の回転軸と同軸である回転円筒体の一部となっている。突片（１）のベース（４）により、突片（１）は、ステータのケーシング（５）に連結されている。 As shown in FIG. 2, the projecting piece (1) has an end face (3). The end face (3) is a part of a rotating cylindrical body that is coaxial with the rotating shaft of the rotary electric device. The projecting piece (1) is connected to the casing (5) of the stator by the base (4) of the projecting piece (1).
ステータの突片（１）の高さＨは、ステータの突片（１）の端面（３）から、突片（１）のベース（４）への径方向の距離により定められている。すなわち、高さＨは、ステータの突片（１）の全てのベース（４）を通り、回転式電気装置の回転軸を軸として有する外側円筒部（Ｃ１）から、突片（１）の全ての端面（３）を通り、外側円筒部（Ｃ１）と同軸である内側円筒部（Ｃ２）への距離により定められている。 The height H of the stator protrusion (1) is determined by the radial distance from the end surface (3) of the stator protrusion (1) to the base (4) of the protrusion (1). That is, the height H passes through all the bases (4) of the projecting pieces (1) of the stator and extends from the outer cylindrical part (C1) having the rotation axis of the rotary electric device as an axis to the entire projecting pieces (1). And is determined by the distance to the inner cylindrical part (C2) that is coaxial with the outer cylindrical part (C1).
ステータの突片（１）は、突片（１）の高さＨの半分以下である径方向の深さｈを有するスロット（２）を備えている。深さｈは、高さＨの２５％〜３５％、または約１／３（３３％）であるのが好ましい。 The stator protrusion (1) includes a slot (2) having a radial depth h that is less than or equal to half the height H of the protrusion (1). The depth h is preferably 25% to 35% of the height H, or about 1/3 (33%).
スロット（２）は、突片（１）のベース（４）において実線で示す渦電流ループ（９）の方向が変化しないように、過度に深くはなっていない。また、出願人による種々の実験では、突片（１）の端部（６）（選択的に膨張部を含む）の周辺にある材料の磁気飽和が、突片（１）のベース（４）よりも大であるため、渦電流損に対するスロット（２）の最適な深さｈは、約１／３であることがわかった。このようにして、回転式電気装置の効率が改善されるとともに、鉄損失は低減する。 The slot (2) is not excessively deep so that the direction of the eddy current loop (9) indicated by the solid line in the base (4) of the projecting piece (1) does not change. Also, in various experiments by the applicant, the magnetic saturation of the material around the end (6) of the protrusion (1) (optionally including the expanding portion) is caused by the base (4) of the protrusion (1). The optimum depth h of slot (2) for eddy current loss was found to be about 1/3. In this way, the efficiency of the rotary electrical device is improved and iron loss is reduced.
また、図２の実施例において、突片（１）は、他の部分と比べて、拡大されている端部（６）を有している。図２の実施例によれば、回転式電気装置の回転軸と直交する円周方向におけるスロット（２）の幅ｗは、同じく円周方向における端部（６）の幅Ｗの半分以下となっている。 Further, in the embodiment of FIG. 2, the projecting piece (1) has an end portion (6) that is enlarged as compared with other portions. According to the embodiment of FIG. 2, the width w of the slot (2) in the circumferential direction orthogonal to the rotational axis of the rotary electric device is also equal to or less than half the width W of the end (6) in the circumferential direction. ing.
このように、スロット（２）の幅ｗは、過度に広くはなっていないため、突片（１）を径方向に流れる磁束は、スロット（２）により妨害されることはない。 Thus, since the width w of the slot (2) is not excessively wide, the magnetic flux flowing in the radial direction through the protrusion (1) is not disturbed by the slot (2).
図３に示す第２の実施例によれば、スロット（２）は、丸みを帯びた形状の底部（１０）を有している。 According to the second embodiment shown in FIG. 3, the slot (2) has a rounded bottom (10).
スロット（２）の底部（１０）を丸くすることにより、渦電流密度が、スロット（２）の底部（１０）周辺で高くならない。このため、限定された空間において、高電流流路による熱が制限される。丸みを帯びた形状とすることにより、熱を防止でき、ステータをなす材料を劣化させない。 By rounding the bottom (10) of the slot (2), the eddy current density does not increase around the bottom (10) of the slot (2). For this reason, the heat by the high current flow path is limited in a limited space. By making the shape round, heat can be prevented and the material forming the stator is not deteriorated.
図４は、第３の実施例を示し、回転式電気装置の回転軸と直交する面において、スロット（２）の断面は、突片（１）のベース（４）から、端面（３）へ向かって広がる台形状となっている。また、第２の実施例と同じく、スロット（２）の底部（１０）は、丸みを帯びている。この場合、スロット（２）の底部（１０）の丸みは、１８０°よりも大きい角度の円弧となっている。 FIG. 4 shows a third embodiment in which the cross section of the slot (2) is from the base (4) of the projecting piece (1) to the end face (3) on the plane orthogonal to the rotational axis of the rotary electric device. It has a trapezoidal shape. As in the second embodiment, the bottom (10) of the slot (2) is rounded. In this case, the roundness of the bottom (10) of the slot (2) is an arc having an angle larger than 180 °.
例えば、打ち抜き加工やレーザ切断加工により、スロット（２）を、このような形状に容易に加工できる。従って、このステータの製造コストが抑えられる。 For example, the slot (2) can be easily processed into such a shape by punching or laser cutting. Therefore, the manufacturing cost of the stator can be suppressed.
図５に示す第４の実施例によれば、突片（１）は、深さが異なる複数のスロット（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）を備えている。第１の側方スロット（２ａ）及び第２の側方スロット（２ｂ）は、中央スロット（２ｃ）の各側方に形成されている。中央スロット（２ｃ）の深さは、側方スロット（２ａ）（２ｂ）よりも深く、また、突片（１）の高さＨの半分以上である。 According to the fourth embodiment shown in FIG. 5, the projecting piece (1) includes a plurality of slots (2a) (2b) (2c) having different depths. The first side slot (2a) and the second side slot (2b) are formed on each side of the central slot (2c). The depth of the central slot (2c) is deeper than the side slots (2a) (2b), and more than half the height H of the projecting piece (1).
複数のスロットを形成することにより、渦電流ループが長くなり、電流密度がかなり低くなる。また、磁気の？ノイズが低減するという利点も生じる。これは、回転式電気装置において、磁気誘導の変化が磁性部材、特にステータにおける磁気ノイズを発生するためである。すなわち、ステータの突片（１）に複数のスロットを形成することにより、磁気ノイズの周波数は、可聴範囲外の高周波となり、磁気ノイズが低減する。 By forming multiple slots, the eddy current loop is lengthened and the current density is significantly reduced. Also magnetic? There is also an advantage that noise is reduced. This is because, in a rotary electric device, a change in magnetic induction generates magnetic noise in a magnetic member, particularly a stator. That is, by forming a plurality of slots in the stator protrusion (1), the magnetic noise frequency is outside the audible range and the magnetic noise is reduced.
近接する側方スロット（２ａ）（２ｂ）の深さは、突片（１）の高さの半分以下であるが、そうでなくてもよい。この場合、側方スロット（２ａ）（２ｂ）は、中央スロット（２ｃ）に対し、対称となっている。中央スロット（２）は、円周方向において、突片（１）の端面（３）のほぼ中央に形成されている。複数のスロットを、上記の間隔とは異なるように端面（３）に形成してもよい。 The depth of the adjacent side slots (2a) and (2b) is less than or equal to half the height of the projecting piece (1), but this need not be the case. In this case, the side slots (2a) (2b) are symmetrical with respect to the central slot (2c). The central slot (2) is formed at substantially the center of the end surface (3) of the projecting piece (1) in the circumferential direction. You may form a some slot in an end surface (3) so that it may differ from said space | interval.
中央スロット（２ｃ）を、最も深くすることにより、突片（１）のベース（４）を通過する磁束を干渉することがない。スロットの深さ及び位置をランダムとすることにより、磁気ノイズの高調波及び密度が良好に分布する。 By making the central slot (2c) deepest, the magnetic flux passing through the base (4) of the projecting piece (1) is not interfered. By making the slot depth and position random, the harmonics and density of the magnetic noise are well distributed.
図６に示す第５の実施例によれば、突片（１）は、径方向の深さｈが、突片（１）の高さＨの半分以下である空洞部（ＺＥ）を備えている。 According to the fifth embodiment shown in FIG. 6, the projecting piece (1) includes a cavity (ZE) having a radial depth h that is equal to or less than half the height H of the projecting piece (1). Yes.
一般的に言うと、本発明によれば、空洞部（ＺＥ）は、第１〜第４の実施例に示したスロットとおおむね同様に機能する１つまたはそれ以上のスロットを備えている。図６に示すように、空洞部（ＺＥ）は、２つのスロット（２ｄ）（２ｅ）を備えている。 Generally speaking, according to the present invention, the cavity (ZE) comprises one or more slots that function in much the same way as the slots shown in the first to fourth embodiments. As shown in FIG. 6, the cavity (ZE) includes two slots (2d) (2e).
集中巻線型の回転式多相電気装置の場合、図６の実施例に示す本発明を適用するのが好ましい。このような回転式電気装置において、突片（１）の端面（３）に開口している１つまたはそれ以上のスロットからなる空洞部を設けると、例えば巻線工程時に、突片（１）の機械的強度が低下して曲がってしまい、突片（１）が破損する場合がある。 In the case of a concentrated winding type rotary multiphase electric device, it is preferable to apply the present invention shown in the embodiment of FIG. In such a rotary electric device, when a hollow portion composed of one or more slots opened on the end face (3) of the projecting piece (1) is provided, for example, in the winding process, the projecting piece (1) May be bent due to a decrease in mechanical strength, and the projecting piece (1) may be damaged.
第５の実施例において、スロット（２ｄ）（２ｅ）は、突片（１）のリブにより分離されている。また、スロット（２ｅ）は、突片（１）の端面（３）に開口しておらず、突片（１）の機械的強度を高めている。他の実施例において、スロット（２ｅ）を、突片（１）の端面（３）に開口させてもよい。 In the fifth embodiment, the slots (2d) and (2e) are separated by the ribs of the projecting piece (1). Further, the slot (2e) does not open to the end face (3) of the projecting piece (1), and increases the mechanical strength of the projecting piece (1). In another embodiment, the slot (2e) may be opened in the end face (3) of the projecting piece (1).
他の実施例によれば、全ての突片（１）は、少なくとも１つの空洞部であるスロットを備えており、渦電流損及び磁気ノイズを低減させることができ、その構成は、本発明に関連する全ての電気装置に適用できるものである。 According to another embodiment, all the projecting pieces (1) are provided with a slot which is at least one cavity, which can reduce eddy current loss and magnetic noise, the configuration of which is included in the present invention. It can be applied to all related electric devices.
ある実施例においては、スロットまたは空洞部は、打ち抜きまたはレーザ切断により形成される。 In some embodiments, the slot or cavity is formed by stamping or laser cutting.
１ 突片
２、２ｄ、２ｅ スロット
２ａ、２ｂ 側方スロット
２ｃ 中央スロット
３ 端面
４ ベース
５ ケーシング
６ 端部
７ 凹入部
９ 渦電流ループ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記空洞部は、端面（３）からベース（４）までの突片（１）の高さの半分に対応する最大値以下の深さで、径方向に延びる少なくとも１つの孔を備えていることを特徴とする装置。 A rotary electric device having a rotor and a stator, wherein the stator separates a casing (5), a plurality of recessed portions (7) for accommodating armature windings (8), and an adjacent recessed portion (7). Each projecting piece (1) includes a base (4) connecting the projecting piece (1) to the casing (5) of the stator, and an end surface (3) facing the rotor. And at least one projecting piece (1) having an end surface (3) formed at a predetermined angle at the center between edges on both ends of the projecting piece (1) that delimits the recessed portion (7). A hollow portion is provided, the current path is lengthened by the hollow portion, and eddy current loss is reduced, and the hollow portion has a protruding piece (1) from the end surface (3) to the base (4). ) At least 1 extending in the radial direction at a depth equal to or less than the maximum corresponding to half the height of A device characterized by comprising two holes.
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